JP4299945B2 - 酵素又は微生物菌体固定化用粒状成形物の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は酵素又は微生物菌体固定化用粒状成形物の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
酵素又は微生物の固定化法としては、従来から、包括法、物理的吸着法、共有結合法等多くの方法が知られている。これらの方法によって得られる塊状又はシート状の固定化物は、微生物反応や酵素反応に使用する場合には、細かく切断したり磨砕したりした後カラムに充填するのが普通である。しかしその場合、固定化物は面同志で密着することが多く、微生物反応や酵素反応の効率が悪くなり、また、屡々チャネリング現象を起こしてカラムを閉塞する等の欠点がある。
【0003】
このため、最近では、酵素又は微生物菌体を粒状成形物として固定化することにより、流動しやすく、カラムへの充填作業が容易で、粒子同志の接触面積が少なくなり、それによって、微生物反応や酵素反応の効率をアップさせることが提案されている(例えば、特公昭62−19837号公報、特開平10−210969号公報参照)。
【0004】
一方、酵素又は微生物菌体を固定化するための材料として、従来から各種の親水性の光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が使用されている。中でもポリウレタン樹脂は微生物菌体に対する付着性が良好で、十分な生物活性が得られることから好適なものとして実用化されているが、従来から用いられているポリウレタン樹脂は光重合もしくは熱重合反応性基が分子末端にしか存在しないため、高分子量化すると不飽和基濃度が低くなるため架橋点が少なくなり、その結果十分な強度を有する粒状成形物が得られないという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、酵素又は微生物菌体固定化用親水性樹脂として使用されるポリウレタン樹脂の機械的強度を向上させ、十分な強度を有する粒状成形物を製造する方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記した目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、不飽和基濃度の高い特定の親水性ウレタン樹脂を用いることによって十分な強度をもつ粒状成形物が得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【0007】
かくして、本発明に従えば、
(a)ジエポキシ化合物とエチレン性不飽和カルボン酸との付加物に、ポリイソシアネート化合物を反応させて得られる1分子中に少なくとも2個のエチレン性不飽和結合を有する親水性ウレタン樹脂、
(b) 重合開始剤、及び
(c) アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類
を含んでなる水性液状組成物を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させるか又は該水性媒体の表面上に所定の時間、連続的に注加して液滴を所望の粒径になるまで生長させた後、その液滴を沈降させてゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び/又は熱重合して該粒状ゲル中の親水性樹脂を硬化させることを特徴とする酵素又は微生物菌体固定化用粒状成形物の製造方法が提供される。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
(a)親水性ウレタン樹脂
本発明において酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体の製造に用いられる1分子中に少なくとも2個のエチレン性不飽和結合を有する親水性ウレタン樹脂(a)としては、ジエポキシ化合物とエチレン性不飽和カルボン酸を付加反応させて得られる不飽和基含有ジオール化合物にポリイソシアネート化合物を反応させて得られる、一般に、400〜50000、好ましくは500〜20000の範囲内の数平均分子量及び0.04〜5モル/kg樹脂、好ましくは0.1〜4モル/kg樹脂の範囲内の不飽和基含量を有し、水性媒体中に均一に分散するに十分なイオン性又は非イオン性の親水性基、例えば水酸基、カルボキシル基、エーテル基、アミノ基等を含むものが挙げられる。
【0009】
上記のジエポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等のビスフェノール化合物のジグリシジルエーテル化合物;ダイセル化学社製の脂環式ジエポキシ化合物である商品名セロキサイド2021、同2080及び3000、一般式
【0010】
【化1】
【0011】
(ここでR1はアルキレン基等を示す)で表わされるエポリードNT212、同NT214、同NT228及び同CDM;ナガセ化成社製の一般式
【0012】
【化2】
【0013】
で表わされる商品名デナコールEX−201、同203、同211、同212、同701、同711及び同721、一般式
【0014】
【化3】
【0015】
で表わされるデナコールEX−810、同811、同821、同830、同832、同841、同850、同851及び同861、一般式
【0016】
【化4】
【0017】
で表わされるデナコールEX−911、同920、同921、同931及び同941;等を挙げることができるが、これらのみに限定されるものではない。これらの化合物はそれぞれ単独でもしくは2種類以上混合して使用することができる。これらの中でも本発明において特に好適に用いられるものは、デナコールEX−830、同832、同841及び同861である。
【0018】
また、上記のエチレン性不飽和カルボン酸としては、例えば、(メタ)アクリル酸;東亜合成社製の商品名アロニックスM−5300(ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノアクリレート)、同5400(フタル酸モノヒドロキシエチルアクリレート)及び同5600(アクリル酸ダイマー);大阪有機化学工業社製のビスコート#2000(フタル酸モノヒドロキシエチルアクリレート)、同#2100(フタル酸モノヒドロキシプロピルアクリレート)、同#2150(ヘキサヒドロフタル酸モノヒドロキシプロピルアクリレート)及び同#2180(テトラヒドロフタル酸モノヒドロキシプロピルアクリレート);等を挙げることができるが、これらのみに限定されるものではない。これらの化合物はそれぞれ単独でもしくは2種類以上混合して使用することができる。これらの中でも、本発明において特に(メタ)アクリル酸が好適に用いられる。
【0019】
ジエポキシ化合物と不飽和カルボン酸との付加反応によって得られる不飽和基含有ジオール化合物と反応させるポリイソシアネート化合物としては、例えば、メチレンジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、プロピレンジイソシアネート、ブチレンジイソシアネート、オクタデシレンジイソシアネート、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、1,10−デカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族系ポリイソシアネート化合物類;キシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、3−フェニル−2−エチレンジイソシアネート、4−メトキシ−1,3−フェニレンジイソシアネート、2,4−ジイソシアネートジフェニルエーテル、4,4−ジイソシアネートジフェニルエーテル、2,4,6−トリレントリイソシアネート、2,4,4−トリイソシアネートジフェニルエーテル、ナフタレンジイソシアネート、1,4−アンスラセンジイソシアネート、クメン−2,4−ジイソシアネート等の芳香族系ポリイソシアネート化合物類;イソホロンジイソシアネート、4,4′−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチルシクロヘキサン2,4−(又は2,6)−ジイソシアネート、4,4′−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)等の脂環族系ポリイソシアネート化合物類;等を挙げることができ、さらにこれらポリイソシアネート化合物の重合体(プレポリマー)も使用することができる。これらのポリイソシアネート化合物はそれぞれ単独でもしくは2種類以上混合して使用することができる。これらの中でも本発明において好適に用いられるものは、トリレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートである。
【0020】
親水性ウレタン樹脂(a)を製造する際、必要に応じて、ポリオール化合物を使用して水酸基を導入したり、ポリエチレングリコール(分子量6000以下)、ポリプロピレングリコール(分子量6000以下)等の使用によってエーテル結合を導入してさらに親水性を向上させることができる。
【0021】
ポリオール化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,10−デカンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、2−ブテン1,4−ジオール、3−シクロヘキセン−1,1−ジメタノール、3−メチレン−1,5−ペンタンジオール、(2−ヒドロキシエトキシ)−1−プロパノオール、水素化ビスフェノールA、グリセリン、ポリカプロラクトン、1,2,6−ヘキサントリオール、トリメチロルプロパン、ペンタントリオール、トリスヒドロキシメチルアミノメタン、3−(2−ヒドロキシエトキシ)−1,2−プロパンジオール、ペンタエリトリット、ジペンタエリトリット、マニトール、グルコース等を挙げることができる。
【0022】
さらに、親水性ウレタン樹脂(a)の分子鎖末端に、必要に応じて、不飽和基を導入して硬化性を向上させることができ、そのためにポリウレタン樹脂に水酸基とエチレン性不飽和基を有する化合物或いはイソシアネート基とエチレン性不飽和基を有する化合物を反応させることもできる。
【0023】
該水酸基とエチレン性不飽和基を有する化合物としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、アリルアルコール、ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、プロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレートとカルボキシル基含有化合物(例えば、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸等)との付加物、(メタ)アクリル酸とエポキシ化合物との付加物等を挙げることができる。
【0024】
また、イソシアネート基とエチレン性不飽和基を有する、化合物としては、例えば、イソシアン酸エチルメタアクリレート、ジイソシアネート(例えば、イソホロンジイソシアネート)とヒドロキシエチル(メタ)アクリレートとのモノアダクト等が挙げられる。
【0025】
親水性ウレタン樹脂(a)の製造に際し、ジエポキシ化合物と不飽和カルボン酸の反応割合は、エポキシ基/カルボキシ基の当量比で一般に1/1.8〜2.2、好適には1/2〜2.1の範囲内とすることができる。ジエポキシ化合物と不飽和カルボン酸の反応は、例えば、トリエチルアミン等のアミン類、テトラブチルアンモニウムブロマイド等の第4級アンモニウム塩等を触媒として用いて、それ自体公知の方法によって行うことができる。
【0026】
また、上記反応によって得られる不飽和基含有ジオール化合物とポリイソシアネート化合物との反応割合は、水酸基とイソシアネート基との当量比で一般に1/3〜3/1、好適には1/2〜2/1の範囲内とすることができる。不飽和基含有ジオール化合物とポリイソシアネート化合物との反応はそれ自体公知の方法で行うことができる。例えば、これら両成分を該反応を阻害しない不活性な有機溶媒に溶解もしくは分散し、テトラブチルスズ、トリフェニルアルミニウムなどの反応触媒を用いて、約20〜約250℃で約10分間〜約24時間反応させることによって行うことができる。
(b) 重合開始剤
本発明において用いる重合開始剤としては、光重合開始剤又はレドックス系熱重合開始剤を挙げることができる。
【0027】
光重合開始剤としては、エチレン性不飽和化合物の重合に有用なものとして従来から知られているものを特に制限なく使用することができる。具体的には、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、2−メチル−2−モルホリノ(4−チオメチルフェニル)プロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイルフェニルエトキシホスフィンオキサイド、ベンゾフェノン、O−ベンゾイル安息香酸メチル、ヒドロキシベンゾフェノン、2−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−S−トリアジン、2−メチル−4,6−ビス(トリクロロ)−S−トリアジン、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−S−トリアジンなどが挙げられる。これらの光重合開始剤はそれぞれ単独でもしくは2種類以上を混合して使用することができる。
【0028】
また、これらの光重合開始剤による光重合反応を促進させるために、光増感促進剤を光重合開始剤と併用してもよい。併用し得る光増感促進剤としては、例えば、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、4−ジメチルアミノ安息香酸メチル、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸(2−ジメチルアミノ)エチル、ミヒラーケトン、4,4′−ジエチルアミノベンゾフェノン等の3級アミン系;トリフェニルホスフィン等のアルキルホスフィン系;β−チオジグリコール等のチオエーテル系などが挙げられる。これらの光増感促進剤はそれぞれ単独でもしくは2種類以上を混合して使用することができる。
【0029】
さらに、レドックス系熱重合開始剤としては、従来から既知のものを使用することができ、例えば、−10℃〜50℃程度の比較的低温でラジカル重合を行ない得る、酸化剤と還元剤の組み合わせからなる重合開始剤が好適に使用される。
【0030】
酸化剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、メチルエチルケトンペルオキシド、ジクミルペルオキシド、t−ブチルパーベンゾエート、クメンヒドロペルオキシドなどの有機過酸化物類;ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸カリウムなどのペルオキソ二硫酸塩類;過酸化水素等が挙げられる。また、還元剤としては、例えば、亜硫酸水素ナトリウムなどの亜硫酸水素塩類;硫酸第一鉄、塩化第一鉄などの二価の鉄塩類;N,N−ジメチルアニリン、フエニルモルホリンなどのアミン類;ナフテン酸コバルト、ナフテン酸マンガン、ナフテン酸銅などのナフテン酸金属塩類等を挙げることができる。
【0031】
これらのレドックス系熱重合開始剤のうち、本発明において特に有利に使用しうるものは、酸化剤がペルオキソ二硫酸塩類又は過酸化水素からなり、還元剤が亜硫酸水素塩類又は二価の鉄塩からなる組み合わせのものである。
(c) 水溶性高分子多糖類
本発明において使用する水溶性高分子多糖類は、水溶性であり、かつ水性媒体中でアルカリ金属イオン又は多価金属イオンと接触したときに水に不溶性又は難溶性のゲルに変化する能力のある高分子多糖類であって、一般に約3000〜約2000000の範囲内の数平均分子量を有し、また、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンと接触させる前の水溶性の状態で、通常少なくとも約10g/l(25℃)の溶解度を示すものが好適に使用される。
【0032】
かかる特性をもつ水溶性高分子多糖類の具体例には、アルギン酸のアルカリ金属塩、カラギーナン等が包含される。
【0033】
これら水溶性高分子多糖類は、水性媒体中に溶解した状態で、カラギーナンの場合は、カリウムイオン、ナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンと接触することによって、また、アルギン酸のアルカリ金属塩の場合は、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン等のアルカリ土類金属イオン;或いはアルミニウムイオン、セリウムイオン、ニッケルイオン等の他の多価金属イオンのうちの少なくとも1種の多価金属イオンと接触することによってゲル化しうるものである。ゲル化が起るアルカリ金属イオン又は多価金属イオンの濃度は水溶性高分子多糖類の種類等により異なるが、一般には0.01〜5モル/l、特に0.01〜3モル/lの範囲内である。
【0034】
上記(a)、(b)及び(c)の各成分の相互の使用割合は厳密に制限されるものではなく、各成分の種類等に応じて広範にわたって変えることができるが、一般には、(a)成分の親水性ウレタン樹脂100重量部に対し、(b)及び(c)の各成分はそれぞれ下記の割合で使用するのが適当である(カッコ内は好適範囲である)。
【0035】
(b) 重合開始剤:0.1〜10重量部(0.3〜5重量部)
(c) 水溶性高分子多糖類:0.5〜15重量部(1〜8重量部)
また、上記(b)の重合開始剤のうち、レドックス系熱重合開始剤は酸化剤と還元剤とを組み合わせて使用されるが、両者の混合割合はモル比で一般に5:1〜1:5、好適には2.5:1〜1:2.5の範囲内とするのが適当である。
【0036】
本発明によって製造される粒状成形物は、一般に水とほぼ同じ1.0〜1.03の範囲内の比重を有しているが、流動床型の大型リアクターや複雑な構造のリアクター中で流動させて使用する場合、下方に移動しやすく均一に流動させることが困難な場合がある。このような場合には粒状成形物の比重を低くする必要があり、粒状成形物の組成物中に無機質系微小中空ビーズを添加することによって粒状成形物の比重を低くすることができる。
【0037】
粒状成型物の比重調整のために使用される無機質系微小中空ビーズとしては、好ましくは珪素を主成分とし、殊に珪酸塩又はアルミナシリカを主成分とし、粒子内に中空体構造を有する比重が0.3〜0.7の範囲内にある完全閉鎖型微小中空粒子を使用することができる。具体的には、例えば、中空ガラスビーズ、中空セライトなどを挙げることができる。
【0038】
微小中空ビーズは、一般に1〜200μm、好適には3〜50μmの範囲内の平均粒子径を有することができ、また、中空の大きさは、所望される比重によっても異なるが、通常、ビーズの直径の 1/2 以下、好ましくは 1/3 以下であることが有利である。
【0039】
中空の直径が 1/2 より大きいものは、得られる固定化用粒状成形物中で破壊したりして圧縮強度が低下するおそれがある。
【0040】
微小中空ビーズは、前記(a)、(b)及び(c)の各成分からなる水性液状組成物中の(a)成分100重量部に対し0.1〜10重量部の割合で添加することによって、得られる粒状成形物の比重が0.90〜1.00の範囲内になるように調整することができる。
【0041】
他方、粒状成形物の比重を大きくしたい場合には、ガラスビーズ、微細硫酸バリウム等の比重が1以上の無機質系粉粒体を(a)成分100重量部に対して0.1〜30重量部の割合で粒状成形物の組成物中に添加することによって、粒状組成物の比重が1〜1.24の範囲内になるように比重調整することができる。
【0042】
以上に述べた(a)〜(c)の各成分及び必要に応じて添加される比重調整用の上記した添加剤は水性媒体中に溶解ないし分散させることにより、水性液状組成物が調製される。この液状組成物の固形分濃度は一般に5〜30重量%の範囲内が適当である。なお、(c)成分でレドックス系熱重合開始剤を使用する場合は酸化剤又は還元剤のいずれか一方を、必要に応じて、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に、例えば0.05〜5重量%、好ましくは0.1〜2重量%の範囲内の濃度で含有させるようにしてもよい。
【0043】
このようにして調製される水性液状組成物は、次いで、前述した如き種類のアルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下するか、又は平均粒子径が5mm以上の粒状物を得る場合には、該水性媒体表面上に所定の時間連続的に注加して液滴を所望の粒径になるまで生長させた後、その液滴を沈降させることにより、該液状組成物が粒状でゲル化せしめられる。
【0044】
アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中への水性液状組成物の滴下は、例えば、注射器の先端から該液状組成物を滴下する方法、遠心力を利用して該液状組成物を粒状に飛散させる方法、スプレーノズルの先端から該液状組成物を霧化して粒状とし滴下する方法などの方法により行なうことができる。また、水性液状組成物の水性媒体表面への注加は、所望の孔径のノズル口から細い液流として連続的に供給することによって行うことができる。液滴の大きさは、最終の粒状固定化物に望まれる粒径に応じて自由に変えることができるが、通常、滴下法では、直径が約0.1〜約5mm、好ましくは約0.5〜約4mmの範囲内の液滴として滴下させるのが、また注加法では、約0.5〜3cmの範囲内の液滴とするのが好都合である。
【0045】
上記の如くして生成せしめた粒状ゲルは、そのまま水性媒体中に分散させた状態で、或いは水性媒体から分離した後、光重合又は熱重合させることにより、該粒状ゲル中の親水性樹脂を硬化せしめる。これにより粒状ゲルは水に実質的に不溶性で機械的強度の大きい酵素又は微生物菌体固定化用粒状成形物を得ることができる。
【0046】
上記の硬化を光重合によって行う場合、使用しうる活性光線の波長は、該粒状ゲル中に含まれる親水性樹脂の種類等に応じて異なるが、一般には、約250〜約600nmの範囲内の波長の光を発する光源を照射に使用するのが有利である。そのような光源の例としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、蛍光灯、キセノンランプ、カーボンアーク灯、太陽光等が挙げられる。照射時間は光源の光の強さ、光源からの距離等に応じて変える必要があるが、一般には約0.5〜約10分間の範囲内とすることができる。
【0047】
また、親水性樹脂の硬化を熱重合によって行う場合、粒状ゲルはレドックス系熱重合開始剤を含有しているので、室温で放置しておくだけでも熱重合が進行して必要な機械的強度が得られるまでに硬化されるが、必要に応じ、恒温雰囲気中で硬化させてもよい。恒温雰囲気の温度は一般に0℃〜50℃、特に20℃〜40℃の範囲内が好適である。また、必要な機械的強度を得るためには、少なくとも熱硬化に10分〜30分の時間をかけることが望ましい。
【0048】
なお、親水性樹脂の硬化は光重合と熱重合の併用によっても行うことができる。
【0049】
このように光重合及び/又は熱重合による硬化処理が終った粒状ゲルは水又は緩衝水溶液で洗浄し、そのまゝあるいは凍結乾燥して保存することができる。
【0050】
本発明によって製造される酵素又は微生物菌体固定化用粒状成形物は、表面の構造が特に酵素又は微生物の付着に適しており、酵素又は微生物を大量に付着させることができる。該担体に付着させうる微生物は、嫌気性微生物、好気性微生物のどちらでも用いることができ、微生物の種類としては、例えば、アスパルギルス属、ペニシリウム属、フザリウム属などのカビ類、サッカロミセス属、ファフィア属、カンジダ属などの酵母類;ザイモモナス属、シュードモナス属、ニトロソモナス属、ニトロバクター属、パラコッカス属、ビブリオ属、メタノサルシナ属、バチルス属などの細菌類等を挙げることができる。
【0051】
なお、酵素や微生物は、親水性樹脂の硬化温度が常温のような低温度であれば、予め(a)、(b)及び(c)の各成分からなる水性液状物に混合しておいて包括固定化してもよい。
【0052】
かくして、本発明の固定化用粒状成形物の製造方法によれば、従来の親水性ウレタン樹脂を用いて製造した粒状成形物と同等の酵素又は微生物菌体への付着性を有し、且つ粒状成形物の強度が大巾に向上した粒状成形物を得ることができる。しかも、本発明の方法により提供される粒状成形物は、水中における流動性に優れているため、流動床型のバイオリアクターまたは攪拌型の発酵槽等に使用するのに最も適しているが、固定床型のバイオリアクター、発酵槽等に応用することも可能である。
【0053】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。しかし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、製造例、実施例および比較例において「部」および「%」は重量基準である。
親水性ウレタンの製造例
製造例1
4つ口フラスコにトルエン1500部、デナコールEX−821(ナガセ化成工業社製)1950部、ハイドロキノン0.1部及びテトラエチルアンモニウムブロマイド1部を入れて撹拌し、空気を吹き込みながらアクリル酸720部を110℃で1時間かけて滴下し、さらに8時間その温度を保持し反応させ、不飽和基含有ジオールの溶液を得た。さらに空気を吹き込みながらこの溶液にイソホロンジイソシアネート888部を添加して撹拌し、100℃で8時間保持し反応させる。イソシアネート基の残存がほとんど認められなくなったのを確認した後、脱イオン水5400部を添加し、70℃で反応槽内を真空ポンプで1時間減圧してトルエンを除去し、エチレン性不飽和基含有親水性ウレタン樹脂(不飽和度2.8モル/kg;平均分子量3560)の約40%水溶液(A)を得た。
製造例2
4つ口フラスコにトルエン1600部、デナコールEX−841(ナガセ化成工業社製)2300部、ハイドロキノン0.1部及びテトラエチルアンモニウムブロマイド1部を入れて撹拌し、空気を吹き込みながらアクリル酸432部を110℃で1時間かけて滴下し、さらに8時間その温度を保持し反応させ、不飽和基含有ジオールの溶液を得た。さらに空気を吹き込みながらこの溶液にイソホロンジイソシアネート888部を添加して撹拌し、100℃で8時間反応させた。さらにアクリル酸2−ヒドロキシエチル232部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら80℃で3時間反応させ、イソシアネート基の残存がほとんど認められなくなったのを確認した後、脱イオン水5800部を添加し、70℃で反応槽内を真空ポンプで1時間減圧してトルエンを除去し、エチレン性不飽和基含有親水性ウレタン樹脂(不飽和度2.1モル/kg;平均分子量3850)の約40%水溶液(B)を得た。
製造例3
4つ口フラスコにトルエン1000部、セロキサイド2081(ダイセル化学工業社製)400部、ハイドロキノン0.1部及びテトラエチルアンモニウムブロマイド1部を入れて撹拌し、空気を吹き込みながらアクリル酸144部を110℃で1時間かけて滴下し、さらに8時間その温度を保持し反応させ、不飽和基含有ジオールの溶液を得た。さらに空気を吹き込みながらこの溶液にポリエチレングリコール(平均分子量約600)1200部及びイソホロンジイソシアネート444部を添加して撹拌し、100℃で8時間反応させた。さらにイソシアン酸エチルメタクリレート310部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら80℃で3時間反応させ、イソシアネート基の残存がほとんど認められなくなったのを確認した後、脱イオン水3800部を添加し、70℃で反応槽内を真空ポンプで1時間減圧してトルエンを除去し、エチレン性不飽和基含有親水性ウレタン樹脂(不飽和度1.6モル/kg;平均分子量2500)の約40%水溶液(C)を得た。
製造例4(比較用)
ポリエチレングリコール(平均分子量約2000)2000部およびイソホロンジイソシアネート444部を反応容器に入れ、80℃で2時間反応させた。さらにアクリル酸2−ヒドロキシエチル232部およびハイドロキノン2部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら80℃で3時間反応させ、イソシアネート基の残存がほとんど認められなくなったのを確認した後、脱イオン水4000部を添加し、エチレン性不飽和基含有親水性ウレタン樹脂(不飽和度0.75モル/kg;平均分子量約2680)の約40%水溶液(D)を得た。
製造例5(比較用)
ポリエチレングリコール(平均分子量約600)1200部およびイソホロンジイソシアネート666部を反応容器に入れ、80℃で2時間反応させた。さらにアクリル酸2−ヒドロキシエチル232部およびハイドロキノン2部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら80℃で3時間反応させ、イソシアネート基の残存がほとんど認められなくなったのを確認した後、脱イオン水3100部を添加し、エチレン性不飽和基含有親水性ウレタン樹脂(不飽和度0.95モル/kg;平均分子量約2100)の約40%水溶液(E)を得た。
実施例1
製造例1のウレタン樹脂溶液(A)100部、ベンゾインイソブチルエーテル2部、蒸留水100部および2%アルギン酸ナトリウム水溶液100部をよく混合し、得られる水性液状組成物を、5%塩化カルシウム水溶液中に注射器の先端から液面高さ約10cmより滴下したところ、粒径約2mmの粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面および下面から1kW高圧水銀灯で紫外光線を30秒照射して粒状成形物を得た。
実施例2
実施例1で用いたウレタン樹脂溶液(A)の代わりに製造例2のウレタン樹脂溶液(B)を使用する以外は実施例1と同様にして粒状成形物を得た。
実施例3
実施例1で用いたウレタン樹脂溶液(A)の代わりに製造例3のウレタン樹脂溶液(C)を使用する以外は実施例1と同様にして粒状成形物を得た。
実施例4
製造例1のウレタン樹脂溶液(A)100部、ペルオキソ二硫酸アンモニウム1部、亜硫酸水素ナトリウム1部、蒸留水100部および2%アルギン酸ナトリウム水溶液100部をよく混合し、得られる水性液状組成物を、5%塩化カルシウム水溶液中に注射器の先端から液面高さ約10cmより滴下したところ、粒径約2mmの粒状物が得られた。この粒状物をそのまま30℃で30分放置して粒状成形物を得た。
実施例5
製造例1のウレタン樹脂溶液(A)100部、ベンゾインイソブチルエーテル2部、ペルオキソ二硫酸アンモニウム1部、亜硫酸水素ナトリウム1部、蒸留水100部および2%アルギン酸ナトリウム水溶液100部をよく混合し、得られる水性液状組成物を、5%塩化カルシウム水溶液中に注射器の先端から液面高さ約10cmより滴下したところ、粒径約2mmの粒状物が得られた。この粒状物をそのまま上面および下面から1kW高圧水銀灯で紫外光線を30秒照射し、さらに30℃で30分放置して粒状成形物を得た。
比較例1
実施例1で用いたウレタン樹脂溶液(A)の代わりに製造例4のウレタン樹脂溶液(D)を使用する以外は実施例1と同様にして粒状成形物を得た。
比較例2
実施例1で用いたウレタン樹脂溶液(A)の代わりに製造例5のウレタン樹脂溶液(E)を使用する以外は実施例1と同様にして粒状成形物を得た。
比較例3
実施例4で用いたウレタン樹脂溶液(A)の代わりに製造例4のウレタン樹脂溶液(D)を使用する以外は実施例4と同様にして粒状成形物を得た。
【0054】
上記で得た実施例1〜5及び比較例1〜3の粒状成形物の圧縮強度、菌体付着性を表1に示す。菌体付着性の評価は次の様にして行った。
【0055】
粒状成形物を500mlの三角フラスコに取り、ついでそれぞれにGY−10培地(酵母エキス1g/L、グルコース100g/Lからなる)を100mL加えた。それに2%の濃度でザイモモナス・モビリス(Zymomonas mobilis)IFO13756を加え、30℃で24時間静置賦活培養を行った。賦活後、それぞれ固定化用粒状形成物の表面を蒸留水で洗浄した後、賦活発酵液を新しい培地と交換し、24時間静置培養を行い、エタノール濃度を測定した。
【0056】
【表1】
【0057】
【発明の効果】
本発明の酵素又は微生物固定化用粒状成形物の製造方法では、親水性ウレタン樹脂として不飽和基濃度の高いものを用いるので、得られる粒状成形物の圧縮強度は非常に大きく、しかも酵素又は微生物菌体の付着性に優れた粒状成形物を得ることができる。
Claims (3)
- (a)ジエポキシ化合物とエチレン性不飽和カルボン酸との付加物に、ポリイソシアネート化合物を反応させて得られる1分子中に少なくとも2個のエチレン性不飽和結合を有する親水性ウレタン樹脂、
(b) 重合開始剤、及び
(c) アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類
を含んでなる水性液状組成物を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させるか又は該水性媒体の表面上に所定の時間連続的に注加して液滴を所望の粒径になるまで生長させた後、その液滴を沈降させてゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び/又は熱重合して該粒状ゲル中の親水性樹脂を硬化させることを特徴とする酵素又は微生物菌体固定化用粒状成形物の製造方法。 - 親水性ウレタン樹脂(a)の数平均分子量が400〜50000であり且つ不飽和基含量が0.04〜5モル/kg樹脂である請求項1記載の方法。
- 重合開始剤(b)が光重合開始剤又はレドックス系熱重合開始剤である請求項1又は2記載の方法。
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